陳欣 閆文 謝興文* 于文霞 顧玉彪 李寧* 馬成
1.甘肅中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院,甘肅 蘭州730000
2.甘肅中醫(yī)藥大學,甘肅 蘭州730000
3.甘肅省中醫(yī)院,甘肅 蘭州730050
骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis,OP)是一種以骨量丟失和脆性骨折增加為特征的全身性骨代謝性疾病[1]。成骨細胞通過分泌骨基質(zhì)蛋白堿性磷酸酶和誘導骨基質(zhì)礦化,因此在機體內(nèi)被認為是促進成骨和骨形成的主要細胞[2]。生理情況下,成骨細胞及破骨細胞保持一個動態(tài)的平衡,維持機體的生理功能。隨著年齡等其他因素的影響,機體內(nèi)的破骨細胞增多,促進了骨吸收,進而引起骨吸收大于骨形成并導致OP的形成。microRNAs是一類進化保守的非編碼RNA小分子,主要由18~25個核苷酸組成[3]。microRNAs在多種生物學過程中起著重要作用,包括增殖、分化等[4]。研究表明,microRNAs調(diào)控骨的發(fā)育和穩(wěn)態(tài)的平衡,microRNAs被認為是OP防治的重要調(diào)節(jié)因子[5]。microRNAs通過調(diào)節(jié)相關信號通路,在骨骼形成及成骨細胞分化中發(fā)揮多種功能[6]。隨著對傳統(tǒng)中藥的研究,發(fā)現(xiàn)其在干預OP方面具有良好的效果。傳統(tǒng)醫(yī)學研究認為,OP多由于肝腎虧虛導致,治療多采用滋補肝腎的治療方法,臨床多運用補益藥如牛膝、杜仲、淫羊藿等[7]。研究發(fā)現(xiàn),中藥通過microRNAs相關信號通路抑制OP的形成[8]。在機體內(nèi),與OP相關的通路包括MAPK、PI3K/Akt、Wnt/β-catenin、TGF-β/BMP、Notch等[9]。中藥通過調(diào)控相關信號通路干預機體內(nèi)的成骨細胞及破骨細胞等[10]。本文通過對中藥干預microRNAs相關信號通路治療骨質(zhì)疏松癥的研究現(xiàn)狀進行總結,旨在為中藥干預OP的深入研究提供參考依據(jù),同時也為中藥廣泛運用于臨床提供前期的研究基礎。
PI3K/Akt信號通路作為與OP聯(lián)系最緊密的一條信號通路,其發(fā)揮作用的蛋白酶主要包括磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)及Akt(蛋白激酶B;PKB)等[11]。在機體內(nèi),PI3K/Akt信號通路調(diào)節(jié)成骨細胞和破骨細胞的存活和分化,以維持骨穩(wěn)態(tài),并促進成骨細胞分化標志物堿性磷酸酶和BMP的表達以調(diào)節(jié)成骨細胞[12-13]。在機體內(nèi)的PI3K/Akt信號通路主要發(fā)揮作用的細胞及途徑主要與成骨細胞的合成及分化有關[14]。PI3K/Akt信號通路由于其作用機制復雜,與本文當中的其他信號通路均有廣泛的聯(lián)系。PI3K/Akt通過調(diào)節(jié)機體內(nèi)microRNAs的表達,進而對OP相關的細胞及蛋白進行一定的調(diào)節(jié)作用,從而對OP的形成及發(fā)展起到一定的干預作用。研究發(fā)現(xiàn),microRNAs的表達與OP的形成密切相關以及PI3K/Akt信號通路通過調(diào)控microRNAs的表達,進而調(diào)節(jié)與成骨細胞及破骨細胞相關的蛋白的表達,延緩及防治OP形成[15]。
ZHAO等[16]運用網(wǎng)絡藥理學等方法,得出黃精核心成分通過干預OP相關的細胞增殖及凋亡等,調(diào)控PI3K/Akt信號通路,達到抗OP的目的。進一步發(fā)現(xiàn),黃精多糖通過促進成骨細胞分化及抑制破骨細胞的形成。在此過程中,黃精多糖通過改善骨的微觀結構、降低骨代謝、增加骨保護素等蛋白的表達,達到防治OP的目的。HAN等[17]通過網(wǎng)絡藥理學及實驗驗證發(fā)現(xiàn),莪術苷A通過調(diào)控PI3K/Akt信號通路,達到延緩OP進展的目的,莪術苷A通過PI3K/Akt等信號通路不僅抑制OP的進展,還能夠降低炎癥細胞因子如TNF-α、IL-1β及IL-6等,達到抗炎及抗OP的效果。WU等[18]通過網(wǎng)絡藥理學的方法,得出女貞子主要成分齊墩果酸通過介導PI3K/Akt等信號通路發(fā)揮抗OP的作用,為下一步的實驗提供了基礎。LI等[19]通過實驗驗證得出女貞子促進Akt和p-Akt的蛋白表達水平及促進mRNA等的表達并發(fā)現(xiàn)影響機制與Akt信號通路的作用有關。梁鴻藝等[20]通過網(wǎng)絡藥理學及實驗的方法,以PI3K/Akt等信號通路為基礎,探討補腎活血方在治療OP方面的作用機制。通過網(wǎng)絡藥理學得出Akt1是治療OP的關鍵靶點之一以及PI3K/Akt信號通路作為最主要的信號通路而發(fā)揮作用;通過實驗驗證,發(fā)現(xiàn)補腎活血方在治療OP方面的作用機制與PI3K/Akt等信號通路發(fā)揮的調(diào)節(jié)作用有關。XIONG等[21]通過網(wǎng)絡藥理學的方法,得出獨活寄生湯在防治OP方面的作用機制可能與機體內(nèi)PI3K/Akt信號通路及Wnt信號通路的調(diào)控作用有關以及這種調(diào)控作用主要影響OP過程中的破骨細胞分化,進而對OP的防治起到一定的促進作用,也為接下來的實驗驗證起到了前期的理論依據(jù)。
MAPK信號通路作為機體內(nèi)與OP相關的另外一條通路,承載著成骨細胞的分化及多種OP相關因素對此信號通路的影響,如氧化應激等[22]。MAPK信號通路的家族影響OP的最主要是JNK及p38[23]。研究發(fā)現(xiàn),JNK的激活與機體內(nèi)發(fā)生的氧化應激有關,氧化應激對OP的產(chǎn)生及發(fā)展具有一定的促進作用;而對于p38的激活來說,更多的是影響機體內(nèi)的細胞分化,這就對OP相關的成骨細胞分化具有一定的影響,因此,對OP的影響當屬MAPK家族內(nèi)的JNK及p38莫屬[24]。研究發(fā)現(xiàn),microRNAs與MAPK信號通路之間具有相互的作用關系[25]。microRNAs的轉錄位于MAPK信號通路發(fā)生作用的上游和下游,對MAPK蛋白具有調(diào)節(jié)作用并通過翻譯抑制或microRNAs的降解來調(diào)節(jié)MAPK靶點的表達,進而影響與OP相關的細胞及蛋白的表達。另外一項研究發(fā)現(xiàn)microRNA-16通過靶向MAPK信號通路的激活對成骨分化具有調(diào)節(jié)作用,間接影響OP的發(fā)生及發(fā)展[26]。因此,通過對microRNAs相關的MAPK信號通路的闡述,對OP的防治將具有一定的促進作用。
LIN等[27]通過實驗得出虎杖苷通過抑制MAPK信號通路對延緩OP的進展具有一定的抑制作用,而虎杖苷來源于何首烏中發(fā)現(xiàn)的一種天然活性化合物,具有抗氧化和抗病毒作用。而在中藥學中,制何首烏的功效為補肝腎、益精血,因此,這與OP的補益肝腎的治療原則相類似。因此,虎杖苷通過抑制MAPK信號通路的表達,進而對OP的防治起到一定的促進作用。王維學等[28]通過實驗的方法,在MAPK信號通路的介導下,探討龍膽苦苷對OP大鼠的骨吸收影響。實驗得出,龍膽苦苷對OP的進展具有一定的延緩作用,這種作用機制與龍膽苦苷通過抑制MAPK信號通路的激活,抑制機體內(nèi)破骨細胞的生成,從而延緩OP的進展。門志濤等[29]通過網(wǎng)絡藥理學的方法,驗證了杜仲在治療OP方面的相關信號通路,通過KEGG等分析發(fā)現(xiàn),杜仲在治療OP方面的相關信號通路主要與MAPK、PI3K/Akt等信號通路有關。因此,為接下來的實驗驗證提供了前期的理論基礎。在傳統(tǒng)醫(yī)學中,杜仲作為補虛藥,其功效為補肝腎、強筋骨等,這也在理論上與OP的病因及治療原則如出一轍。因此,筆者做出一個這樣的設想,即通過網(wǎng)絡藥理學及傳統(tǒng)中藥學方面的知識,提出中藥單體杜仲在治療OP方面具有良好的效果。當然,這需要后續(xù)進行實驗及臨床療效的驗證,為中藥單體杜仲在治療OP方面提供實驗依據(jù)。馬茜等[30]通過實驗的方法,探討葛根素對成骨細胞前體細胞(MC3T3-E1)的作用機制。通過實驗發(fā)現(xiàn),葛根素通過對p38 MAPK信號通路的調(diào)節(jié)作用,進而促進MC3T3-E1細胞的增殖及分化。綦向軍等[31]通過網(wǎng)絡藥理學的方法,探討了仙靈骨葆膠囊在防治OP方面的作用機制。通過網(wǎng)絡藥理學的驗證,得出仙靈骨葆膠囊在防治OP方面與MAPK、PI3K/Akt等信號通路有關,通過這些信號通路的調(diào)節(jié),促進成骨細胞的增殖及分化,進而達到防治OP的效果。張巖等[32]通過實驗驗證的方法,得出仙靈骨葆膠囊對MC3T3-E1的增殖及分化具有促進作用,以及這種促進作用與激活p38 MAPK信號通路有關,通過激活該信號通路,促進成骨細胞相關因子如BMP等,進一步促進成骨細胞的形成,從而恢復骨代謝的失衡,間接促進OP的防治。韓秋革等[33]通過網(wǎng)絡藥理學及實驗驗證的方法,探討溫腎通絡止痛方在MAPK信號通路的調(diào)節(jié)下對OP的作用機制,得出溫腎通絡方通過炎癥因子如IL-6等作為靶點,進而對MAPK信號通路進行調(diào)節(jié),抑制機體內(nèi)的炎癥反應,進而對OP起到一定的防治作用。沈琳玲等[34]通過實驗得出金剛丸對OP的防治具有一定的療效,金剛丸通過調(diào)節(jié)MAPK信號通路的表達,降低p38 MAPK、JNK的活性,對破骨細胞的分化及增殖起到抑制作用,并通過降低機體內(nèi)炎癥細胞因子的表達水平,減輕機體的炎癥反應。因此,金剛丸通過抑制破骨細胞的增殖及炎癥細胞因子的表達兩種作用機制,達到防治OP的目的。
Wnt/β-catenin信號通路是一個復雜的、進化上保守的信號傳導機制,調(diào)控基本的生理和病理過程[35]。Wnt/β-catenin信號通路又稱典型的Wnt通路,主要由膜蛋白、降解復合物和β-catenin蛋白三個主要的結構組成[36],與體內(nèi)胚胎發(fā)生、器官發(fā)生和體內(nèi)穩(wěn)態(tài)的平衡均息息相關[37]。研究發(fā)現(xiàn),Wnt/β-catenin信號通路通過促進多潛能間充質(zhì)干細胞向成骨細胞的增殖及分化,刺激成骨細胞的生成[38]。隨著機體由于年齡等各種因素的影響,機體內(nèi)的各種代謝功能降低,該信號通路傳導被減弱,酪蛋白激酶和絲氨酸蛋白激酶通過與β-catenin結合,產(chǎn)生蛋白激酶的磷酸化[39]。在機體內(nèi),β-catenin常常被認為是重要的蛋白質(zhì),與microRNAs的轉錄密切相關。隨著機體內(nèi)生理功能的降低,該信號通路的傳導被弱化,β-catenin蛋白將轉移到細胞核內(nèi),間接的充當機體的轉錄因子[40]。骨科疾病中,常常表現(xiàn)為成骨細胞的減少及破骨細胞的增加,并由此引發(fā)OP的發(fā)生及發(fā)展。隨著該信號通路的傳導減弱,microRNAs參與β-catenin蛋白水平的調(diào)節(jié),對該信號通路的調(diào)節(jié)產(chǎn)生影響,進而影響成骨細胞的增殖及分化以及影響機體內(nèi)的骨代謝,進而影響OP的防治。
CHEN等[41]研究發(fā)現(xiàn),虎杖苷通過激活BMP2-Wnt/β-catenin信號通路,進一步促進人骨髓間充質(zhì)干細胞成骨細胞的增殖及分化。在影響OP的骨代謝失衡過程中,運用虎杖苷在BMP2-Wnt/β-catenin信號通路的激活作用下,促進成骨細胞的增殖及分化,增加機體內(nèi)的成骨細胞,使得骨代謝的失衡進行重塑,進而達到防治OP的目的。李智奎等[42]通過實驗的方法,探討不同濃度的淫羊藿苷在Wnt/β-catenin信號通路的調(diào)節(jié)下干預骨髓間充質(zhì)干細胞成骨及成脂的研究。通過實驗結果得出不同濃度的淫羊藿苷通過激活Wnt/β-catenin信號通路的表達,進而促進成骨細胞相關因子如堿性磷酸酶及骨橋蛋白等的表達,達到增加成骨細胞分化的效果。淫羊藿苷作為中藥淫羊藿的主要提取物,其主要功效為補腎陽、強筋骨的功效。因此,不管是功效還是實驗的驗證,淫羊藿及淫羊藿苷對OP均有一定的治療效果。因此,運用淫羊藿苷促進成骨細胞的增殖及分化,再次建立骨平衡,間接達到OP的治療效果。張強等[43]通過實驗的方法,探討在Wnt/β-catenin信號通路的作用機制下,續(xù)斷皂苷VI對OP大鼠的影響。通過實驗研究發(fā)現(xiàn),續(xù)斷皂苷VI通過激活Wnt/β-catenin信號通路的表達,進而促進β-catenin的表達,進而促進成骨細胞的骨形成及抑制破骨細胞的骨吸收,進而達到OP治療的目的。續(xù)斷作為傳統(tǒng)補肝腎、強筋骨、續(xù)折傷的經(jīng)典名藥,通過功效及實驗的研究都表明對OP具有治療作用,因此運用續(xù)斷或提取物在治療OP方面具有良好的效果。潘亞磊等[44]研究發(fā)現(xiàn),太白楤木在防治OP方面通過激活Wnt/β-catenin信號通路,促進成骨細胞相關因子的表達及增加成骨細胞的增殖及分化,進而促進骨形成,達到防治OP的效果。傳統(tǒng)中藥學認為,太白楤木歸屬及心、肝、腎三經(jīng),功效為補肝腎、強筋骨等。李潔等[45]研究發(fā)現(xiàn),女貞子成分熊果酸在BMP-2/Smad4/Wnt/β-catenin信號通路的介導下,能夠延緩骨量的丟失。熊果酸通過促進Wnt 1、β-catenin及堿性磷酸酶等的表達,促進成骨細胞等相關骨保護細胞的增殖及分化,進而延緩骨量的丟失。呂文學等[46]通過對益腎健脾方的研究發(fā)現(xiàn),其在治療OP方面具有良好的效果,這種治療效果主要與益腎健脾方在機體內(nèi)通過調(diào)節(jié)Wnt/β-catenin信號通路的表達,進而升高血清中的BMP及骨保護素等的水平。因此,益腎健脾方在調(diào)節(jié)成骨細胞及破骨細胞兩方面都具有調(diào)節(jié)作用,進而達到防治OP的效果。劉金豹等[47]研究發(fā)現(xiàn),補腎活血膠囊通過促進骨髓間充質(zhì)干細胞的增殖及成骨細胞的增殖、分化,這種促進作用與補腎活血膠囊通過調(diào)節(jié)Wnt/β-catenin信號通路有關。通過Wnt/β-catenin信號通路的調(diào)節(jié)作用,促進機體內(nèi)Wnt3a、β-catenin、轉錄因子Runx2及mRNA的表達,調(diào)節(jié)機體內(nèi)的骨代謝及成骨細胞的增殖及分化,進而促進成骨細胞的形成,這就間接對OP的形成及發(fā)展起到一定的抑制作用,從而達到防治OP的目的。
轉化生長因子-β(TGF-β)作為一個保守的在機體內(nèi)分泌多肽因子的家族,與OP的相關的家族成員有BMP等[48]。因此,TGF-β/BMP不僅調(diào)節(jié)生理性胚胎的形成及發(fā)展,也在調(diào)節(jié)骨穩(wěn)態(tài)、骨代謝及許多疾病的病理生理機制方面也具有重要的作用[49]。在機體內(nèi),TGF-β/BMP信號通路被一個或多個microRNAs相互影響以及TGF-β信號通路還直接或通過Smads調(diào)控microRNAs的產(chǎn)生[50]。在這些因素的作用下,TGF-β/BMP信號通路和microRNAs之間的自我調(diào)節(jié)反饋回路對機體內(nèi)的相關作用機制具有一定的調(diào)節(jié)作用[51]。研究發(fā)現(xiàn),MicroRNAs與Wnt、TGF-β/BMP信號通路相互作用促進間充質(zhì)干細胞的成骨分化,進而促進成骨細胞的增殖及分化等[52]。因此,基于microRNAs與TGF-β/BMP信號通路之間的相互作用及TGF-β家族成員BMP與OP的相關性探討TGF-β/BMP信號通路與OP的相關性,通過TGF-β/BMP信號通路的調(diào)節(jié),進而對OP達到防治的目的。
金劍飛等[53]將補骨脂水提取物運用于骨質(zhì)疏松模型大鼠中后,觀察其對TGF-β1/Smad4信號通路的影響,發(fā)現(xiàn)補骨脂水提取物通過調(diào)節(jié)TGF-β1/Smad4信號通路,上調(diào)與TGF-β1/Smad4信號通路最主要的Smad4蛋白及mRNA的表達,進而發(fā)揮骨保護的作用。補骨脂的中藥功效以補肝腎、強筋骨為主。因此,無論是實驗及功效,與OP的治療原則一致,進而發(fā)揮抗OP的作用。李曉曦等[54]將淫羊藿與女貞子配伍聯(lián)合應用于OP大鼠模型,通過TGF-β1/Smad4信號通路的介導,檢測相關指標等。得出淫羊藿及女貞子配伍通過增加OP大鼠血清中的TGF-β1以及骨組織中TGF-β1、Smad2、Smad3的mRNA表達和TGF-β1蛋白表達,上調(diào)TGF-β1/Smad4信號通路相關蛋白表達水平,并通過影響相關蛋白的表達水平,進而調(diào)節(jié)機體內(nèi)的骨代謝水平,對OP的防治起到一定的防治作用。徐衛(wèi)峰等[55]以TGF-β/Smad、MAPK/NF-κB信號通路為指導,探討龜鹿二仙膠對OP大鼠的影響,通過實驗結果得出龜鹿二仙膠對TGF-β、p-Smad-3蛋白表達具有明顯的促進作用及降低p-NF-κB P65的蛋白表達水平,達到防治OP的目的。篙長英等[56]通過ERK/TGF-β/Smads信號通路的介導,探討左歸丸含藥血清對成骨細胞的影響。通過實驗得出左歸丸含藥血清通過上調(diào)ERK/TGF-β/Smads信號通路相關蛋白如TGF-β1、Smad4及Smad2 mRNA的表達,并通過影響相關骨代謝指標如堿性磷酸酶等的形成,促進成骨細胞的增殖及分化,進而達到治療OP的目的。
Notch信號通路作為參與組織穩(wěn)態(tài)、細胞的增殖、分化、發(fā)育過程相關的信號通路,在機體內(nèi)發(fā)揮重要的作用[57]。研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)典的Notch信號通路由G蛋白偶聯(lián)受體及酶聯(lián)受體介導,通過膜受體和效應物之間的中間體而發(fā)揮細胞、胚胎和組織的發(fā)育及組織功能和修復的作用[58]。在機體內(nèi),Notch信號通路主要通過相關受體的調(diào)節(jié)及相關基因的介導,進而發(fā)揮其生物學功能[59]。研究表明,microRNAs通過調(diào)節(jié)Notch信號通路發(fā)揮作用及microRNAs的表達受Notch信號通路的調(diào)控[60]。而microRNAs作為骨科疾病的關鍵調(diào)節(jié)因子及與本文的OP具有很大的相互作用,因此,通過microRNAs相關的Notch信號通路的作用,探討其與OP的相互作用及在Notch信號通路的調(diào)節(jié)作用下,通過相關中藥單體及復方的調(diào)節(jié)作用,對OP的防治起到一定的效果。
LIU等[61]通過建立OP大鼠模型,探討淫羊藿苷在治療OP方面的作用機制。實驗研究發(fā)現(xiàn),淫羊藿苷治療OP與Notch信號通路的調(diào)節(jié)作用有關。淫羊藿苷通過下調(diào)骨組織中Notch1胞內(nèi)結構域(N1ICD)蛋白的表達,進一步抑制N1ICD對Notch2 mRNA表達的影響,進而抑制骨髓間充質(zhì)干細胞向脂肪細胞的增殖及分化,對骨形成起到促進作用,間接達到OP防治的目的。黃翔宇等[62]研究發(fā)現(xiàn),骨碎補總黃酮能夠改善OP大鼠的癥狀,達到防治OP的效果。骨碎補總黃酮在Notch信號通路的調(diào)節(jié)下,通過抑制Notch信號通路的相關受體Notch1的表達,抑制Notch信號通路發(fā)揮作用,進而達到防治OP的目的。韓亞力等[63]經(jīng)過通過同樣的研究,得出骨碎補總黃酮通過抑制Notch信號通路的相關受體Notch1的表達及降低機體內(nèi)的炎癥因子如TNF-α、IL-6的表達,雙向?qū)P的病因進行了抑制,從而達到治療OP的目的。劉蔚楠等[64]通過建立OP大鼠模型,探討益腎健骨膏對OP相關骨代謝及可能的作用機制。通過實驗得出,高劑量的益腎健骨膏通過促進骨組織中Notch信號通路相關受體Notch1、Notch2的mRNA和蛋白表達,進而促進骨的形成及維持相應的骨密度及骨強度,從而達到對OP防治的目的。周強等[65]通過建立OP大鼠模型,觀察左歸丸對骨組織中Notch1、BMP9表達的影響。通過實驗研究,得出左歸丸通過上調(diào)及促進骨組織中Notch1、BMP9蛋白的表達,進而促進骨組織中Notch1、BMP9蛋白的形成及發(fā)揮生物學作用,進而達到OP防治的目的。左歸丸作為補腎的經(jīng)典名方。在治療腰膝酸軟等癥狀方面具有良好的療效,而在臨床當中,OP患者也經(jīng)常表現(xiàn)為腰膝酸軟及腰痛的癥狀。因此,不管從實驗方面還是臨床表現(xiàn)方面,左歸丸對OP的治療具有良好的療效。
綜上所述,中藥通過干預microRNAs相關信號通路,進而發(fā)揮調(diào)節(jié)骨代謝、成骨細胞的形成及破骨細胞的吸收功能,進而改善骨密度及骨強度,從而達到防治OP的目的。傳統(tǒng)醫(yī)學認為,OP屬于“骨痿”的研究范疇,主要與肝腎虧虛有關,加以感受風寒濕邪及痰瘀等,使得邪氣及痰瘀阻滯經(jīng)絡,因此治療多以滋補肝腎為主,加以活血化瘀及化痰等藥物。因此,中藥在防治OP方面具有良好的效果。隨著現(xiàn)代研究方法的進一步提升,中藥單體及復方在OP的防治方面有了很大進展,也取得了一定的成果。但研究方法單一,研究的不夠深入及對機制的不明確等也因此阻礙了研究的進一步深入發(fā)展。因此,筆者基于多種原因,提出通過中藥干預microRNAs相關信號通路,進而達到防治OP的目的。在機體內(nèi),microRNAs相關信號通路包括PI3K/Akt、MAPK、Wnt/β-catenin、TGF-β/BMP、Notch信號通路等。通過調(diào)控這些信號通路的表達干預機體內(nèi)成骨細胞的破壞及破骨細胞的過度吸收;通過延緩破骨細胞的破壞及促進成骨細胞的形成,并發(fā)揮中藥個體化、價廉、低毒、多途徑的優(yōu)勢,達到防治OP的目的。因此,將中藥進行深入的研究及進行臨床的新應用具有重要的臨床應用價值。